Este documento presenta información sobre el diagnóstico y mantenimiento de transformadores mediante el análisis de gases disueltos (DGA) y cromatografía de gases. Explica los objetivos del DGA, gases analizados, método de análisis, interpretación de resultados y normas. También incluye información sobre monitoreo en línea, casos prácticos de transformadores y el triángulo de Duval para identificar fallas térmicas o eléctricas.

1. Diagnóstico y Mantenimiento
a Transformadores
Ing. Ernesto Gallo Martínez
Presidente
Transequipos S.A.

4. La cromatografía de gases como
diagnóstico predictivo de fallas
térmicas y/o eléctricas

5. Falla Catastrófica de Transformador
Referencia: Michel Duval - Aciem Colombia julio 28 de 2011
(Duke Energy, 2009)

6. Monitoreo por Análisis de Gases (DGA)
• DGA es hoy en día ampliamente utilizado para la detección
temprana de fallas.
• Se ejecutan anualmente mas de 1 millón de análisis de gases
disueltos DGA por muchos laboratorios en el mundo.
• Se han instalado más de 30,000 monitores en línea.

7. Objetivos
• Monitorear, aviso anticipado de una falla.
• Supervisar unidad en operación con posible falla.
• Determinar naturaleza de falla.
• Verificar una unidad nueva en período de garantía.

8. Información Histórica
• Datos de placa incluida fecha de fabricación (edad).
• ¿El TGC ha aumentado en el aceite sorpresivamente?
• ¿Está la unidad a full carga o con sobrecarga?
• ¿Se tienen ADG previos?
• ¿Ha tenido incidentes el transformador o algún aislador?
• ¿La unidad ha sido desgasificada? ¿Cuando?
• ¿La unidad fue reparada?

9. Tópicos a Resolver
• Gases representativos en las diferentes fallas.
• Que niveles parcial o total de gases son aceptables.
• Velocidad de generación de gases.
• Grupo de gases generados por determinada falla.

10. Gases a Analizar
• Hidrogeno (H2)
• Oxígeno (O2)
• Nitrogeno (N2)
• Monóxido de carbono (CO)
• Metano (CH4)
• Dióxido de carbono (CO2)
• Etileno (C2H4)
• Etano (C2H6)
• Acetileno (C2H2)

11. Esquema del método para análisis de gases disueltos en aceite de
transformador por cromatógrafo de gases hewlett-packard c/head space

12. Columnas de Retención
• La muestra es pasada de la jeringa a un vial, el cual
se coloca en el Head Space en donde se calienta a
70 °C por 30 mín.
• Luego es inyectada a la columna del cromatógrafo
una fase gaseosa, la que es agarrada por gas Argón
y empieza a viajar hacia un detector TCD o FID
dependiendo del gas.
• Por el tiempo que se demora en salir el gas al
detector es identificado y por el área que deja la
señal comparada con la de los gases patrones es
hallada su concentración exacta.

13. Cromatograma

14. Norma IEEE C57.104 – 2008
Estado Limites clave de concentración de gases disueltos (ppm)*
Hidrogen
o
(H2)
Metano
(CH4)
Acetilen
o
(C2H2)
Etileno
(C2H4)
Etano
(C2H6)
Monoxido de
Carbono
(CO)
Dioxido de
Carbono
(CO2)
TDCGb
Condición
1
100 120 1 50 65 350 2500 720
Condición
2
101-700 121-400 2-9 51-100 66-100 351-570 2500-4000 721-1920
Condición
3
701-1800 401-1000 10-35 101-200 101-150 571-1400 4001-10000 1921-4630
Condición
4
>1800 >1000 >35 >200 >150 >1400 >10000 >4630
CONDICION 1: El total de gases combustibles(TDGC) por debajo de este nivel indican que el transformador está operando
satisfactoriamente. Cualquier gas combustible individual que exceda los niveles especificados deberá ser sometido a investigación
adicional
CONDICION 2: El total de gases combustibles (TDGC) dentro de este rango indica nivel de gases combustibles mayor que el normal.
Cualquier gas combustible individual que exceda los niveles especificados deberá ser objeto de investigación adicional. Debe ejecutarse
una acción para establecer una tendencia. Puede haber presencia de falla(s).
CONDICION3: El total de gases combustibles (TDGC) dentro de este rango indica un alt
o nivel de descomposición. Cualquier gas combustible individual que exceda los niveles especificados debe ser objeto de investigación
adicional. Proceda de acuerdo a la figura 2, paso 3. Debe tomarse una acción inmediata para establecer una tendencia.
CONDICION 4: El total de gases combustibles (TDGC) dentro de este rango indican descomposición excesiva. La operación continua
podría resultar en la falla del transformador. Proceda inmediatamente y con precaución.
Publicada en Febrero 2 de 2009

15. Norma IEEE C57.104 – 2008
• Condición 1: El total de gases combustibles disueltos, TDCG, por debajo de este nivel indica que el transformador
está operando satisfactoriamente. Cualquier gas individual que exceda los niveles especificados requiere
investigación adicional.
• Condición 2: El total de gases combustibles disueltos, TDCG, dentro de este rango indica un nivel mayor del normal.
Cualquier gas individual que exceda los niveles especificados requiere investigación adicional. Se deben tomar
acciones para establecer una tendencia. Probablemente haya presencia de falla(s).
• Condición 3: El total de gases combustibles disueltos, TDCG, dentro de este rango indica un alto nivel de
descomposición. Cualquier gas individual que exceda los niveles especificados requiere investigación adicional.
Debe tomarse una acción inmediata para establecer una tendencia. Probablemente haya presencia de falla(s).
• Condición 4: El total de gases combustibles disueltos, TDCG, dentro de este rango indica una excesiva
descomposición. Una operación continuada podría llevar a la falla del transformador. Proceda inmediatamente y
con precaución.
Publicada en Febrero 2 de 2009

16. Norma IEEE C57.104 – 2008Publicada en Febrero 2 de 2009

17. CIGRE (TB # 443*) Recomendaciones para límites de
concentraciones de gases e intervalos de muestreo:
*Disponible en publications@cigre.org

18. Para velocidad de generación de gases e intervalos de
muestreo:

19. Para combinaciones de concentraciones y velocidad de
generación de gases:

20. Cromatografía de Gases
Fallas de tipo térmico:
• Sobrecalentamiento papel.
• Punto caliente localizado.
Fallas de tipo eléctrico:
• Arco interno.
• Descargas Parciales por Efecto corona.

21. Energía requerida para romper los hidrocarburos
Hidrógeno (H2 ) : 338 kJ/mol
Metano (CH4) : 338 kJ/mol
Etano (C2H6 ) : 607 kJ/mol
Etileno (C2H4) : 720 kJ/mol
Acetileno (C2H2) : 960 kJ/mol
Baja
Temperatura
± 120ºC
Alta
Temperatura
± 700ºC
Fuente: DOBLE Eng .Seminario “Life of a transformer” Orlando FLA Feb 2008

22. Energía/Temperatura requeridas para producir gases
Baja energía: H2, CH4, C2H6, CO, CO2.
Alta temperatura: C2H4.
Muy alta temperatura/energía: C2H2.
En la práctica siempre se forman mezclas de gases.

23. Significado de la relación CO2/CO (IEEE C57.104 – 2008)
• La celulosa de carboniza a 150°C, hay degradación a temperatura normal de operación.
• La relación CO2/CO, se usa como un índice de descomposición térmica de la celulosa.
• Esta relación normalmente se mantiene en una estrecha relación entre 3 y 10.
• Una temperatura alta tiende a aumentar la relación CO2/CO.
• Si aumenta CO, la relación CO2/CO decrece, lo cual puede ser indicio de anormalidad
manifestada en degradación del aislamiento celulósico.
• Es recomendable un análisis de Furanos cuando crece la relación CO2/CO.

24. Punto Caliente localizado gas característico: ETILENO (C2H4)

25. Papel Sobre-calentado, Gas Característico Monóxido de Carbono (Co)

26. Arco Interno, Gases Característicos: Hidrogeno (H2) y Acetileno (C2h2)

27. Efecto Corona Gases Característicos: Hidrogeno (H2) Y Metano (Ch4)

28. Triángulo de Duval

29. • PD: Descargas parciales
• D1: Descargas de Alta Energía.
• D2: Descargas de Baja Energía
• DT: Indeterminada, falla térmica o eléctrica
• T1: Falla Térmica T<300 ºC
• T2: Falla Térmica 300ºC<T< 700ºC
• T3: Falla Térmica T>700ºC
•%C2H2= 100x / (x+y+z)
•%C2H4= 100y / (x+y+z)
•%CH4 = 100z / (x+y+z)
Siendo x = C2H2, y = C2H4, z = CH4
Triángulo de Duval

30. Ejemplo Triángulo de Duval
Un transformador se encontró con incrementos recientes de:
 45 ppm of CH4
 90 ppm de C2H4
 15 ppm de C2H2
Este significativo incremento C2H4 and C2H2 es suficiente justificación para sospechar una falla y aplicar el método del
triángulo de Duval.
Calcule el total T = CH4 + C2H4 + C2H2 = 45 + 90 + 15 = 150.
Exprese la cantidad de cada gas como un porcentaje de T.
CH4: 100*CH4/T = 100*45/150 = 30%
C2H4: 100*C2H4/T = 100*90/150 = 60%
C2H2: 100*C2H2/T = 100*15/150 = 10%

31. Ejemplo Triángulo de Duval

32. Falla térmica con T mayor de 700ºC
Ejemplo Triángulo de Duval

33. Riesgo de falla Vs gases
Sin tener en cuenta el tipo y
localización de la falla
(Cortesía de Michel Duval)

34. Informe de Cromatografía

35. Informe de Cromatografía

36. Comparación Métodos

37. Monitoreo en Línea

38. Monitoreo en línea
Los datos son recolectados automáticamente, en el ciclo de análisis de gas
cromatográfico (GC):
• Alta Precisión (±5%) – Niveles aceptados por la ciencia de GC.
• No existe ningún riesgo de errores por muestreo manual.
• Técnica de muestro repetitivo.
• Sin exposición al aire.
Los datos son recolectados incluso por rango de horas:
• Mas rápida y precisa determinación de las curvas de tendencia y eventos.
• Importante en la caracterización de la dimensión y frecuencia de fallas.
• Visibilidad del comportamiento dinámico de los gases con respecto a la
carga.
Los 8 IEEE/IEC gases responsables + humedad son monitoreados y
correlacionados con la temperatura del aceite y la carga.
• Facilidades para diagnóstico y gestión de alarmas

39. Monitoreo en línea
Serveron Transformer Monitor

40. Monitoreo en línea

41. Monitoreo en línea

42. Monitoreo en línea

43. Monitoreo en línea

44. Monitoreo en línea

45. Toma de muestra para CROM

46. Toma de muestra para CROM

47. Toma de muestra para CROM

48. Jeringa para toma de muestra

49. Casos de Transformadores

50. Caso transformador 160 MVA 14.8/144 KV
(Trabajo colaborativo Transequipos – Doble)
85 23.95 0 0 6.6 5.7 12.34 25 15 75 148 140
3420 3277 33773314
-2000
0
2000
4000
16-
abr.-
98
03-
ago.-
01
04-
oct.-
02
09-
ene.-
04
03-
mar.-
04
08-
jul.-04
14-
mar.-
06
13-
jul.-07
13-
jun.-
08
15-
jun.-
09
23-
jun.-
10
15-
sep.-
10
30-
dic.-
10
05-
ene.-
11
05-
ene.-
11
05-
ene.-
11
<150ACEPTABLE.
>1000
INACEPTABLE.
PPMarqueo
corona
FECHA DE LA PRUEBA
HIDROGENO H2
10 61.71 6 7 2.7 6.6 44.57 205 170 197 559 678
9680 10051 10781
9187
0
5000
10000
15000
16-abr.-9803-ago.-0104-oct.-0209-ene.-0403-mar.-0408-jul.-0414-mar.-0613-jul.-0713-jun.-0815-jun.-0923-jun.-1015-sep.-1030-dic.-1005-ene.-1105-ene.-1105-ene.-11
<25NORMAL
>80ANORMAL
chisporroteo
METANO CH4
5 41.08 2 2 3.5 1.8 6.05 91 69 80 146 114
7110
8977 9284 9187
-5000
0
5000
10000
<20ACEPTABLE.
>100
INACEPTABLE.
PPMsobrecalent.
severo
FECHA DE LA PRUEBA
ETILENO C2H4

51. Caso transformador 160 MVA 14.8/144 KV
(Trabajo colaborativo Transequipos – Doble)

52. IEC 60599 – Velocidad de Generación de gases
Gas Velocidad (cc/día)
Hidrógeno (H2) <5
Metano (CH4) <2
Etano (C2H6) <2
Etileno (C2H4) <2
Acetileno (C2H2) <0,1
Monóxido de Carbono (CO) <50
Dióxido de Carbono (CO2) <200

53. Caso transformador 800 KVA 11.400/400
V.Volumen = 200 gals.

54. Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V.

55. Caso transformador 800 KVA 11.400/400 V.

56. Corona por DP 500 kva 13.2-11.4/440 V

57. Corona por DP 500 kva 13.2-11.4/440 V